专业乒乓球鞋的止滑与减震性能研究综述.doc
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1、专业乒乓球鞋的止滑与减震性能研究综述运动鞋通常指人在体育比赛或训练时所穿的鞋。运动鞋习惯上被分为专业和普通运动鞋两大类。专业运动鞋又分为比赛用鞋和训练用鞋,主要根据各运动项目的特点设计,故性能指标明显高于普通运动鞋。普通运动鞋的涵盖面较广,如人们常穿的跑鞋、球鞋、用于旅游休闲的旅游鞋等都可以归纳进去。随着竞技体育的快速发展,对专业运动鞋的要求越来越高:不但要舒适和脚,预防运动损伤,更要能提高运动成绩,降低体能消耗。 运动生物力学是应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。狭义的运动生物力学研究体育运动中人体的运动规律1。运动鞋的核心技术一直以来都是运动鞋生物力学研究的主题,而运
2、动鞋的鞋底科技则代表着运动鞋的核心科技,国内外品牌运动鞋的关键技术也多集中体现在鞋底科技上。国际一线品牌运动鞋的核心技术主要是防滑止滑、缓震减震、能量回归、足跟控制和模拟裸足。国内一线品牌的运动鞋虽然新概念频出,但技术原理雷同2。 1、国内外运动鞋生物力学研究现状 1.1运动鞋的止滑性能研究 运动鞋底的防滑性是指外底对地表的止滑效果或抓地力。防滑性是运动鞋应具备的基本功能之一,也是检查鞋性能的重要指标之一。而运动鞋防滑性能的影响因素很多,目前对他的研究国外已经有了一定的进展,而国内还处在起步阶段。研究的重难点主要集中在鞋底与路面介质方面。研究表明:鞋底是影响防滑性能的重要因素,国内外对这方面的
3、研究也有很多,大部分都集中在鞋底材料、花纹对鞋子防滑性能的影响,通过改变鞋子的结构设计来改善防滑性能目前也有了初步的研究。同时路面的性质和路面上的污染物,倾斜路面的坡度和高度对运动鞋的防滑性能影响也是非常大的,针对不同的路面介质运动鞋的鞋底设计是不一样的。 鞋底的防滑设计中主要考虑到不同鞋底花纹的防滑效果。鞋底花纹一般分为普通花纹和特殊花纹,普通花纹又可以分为规则花纹和自由花纹。规则花纹,大多数都是规则的几何图形类骨骼结构。自由花纹,是一种不规则花纹。通常是仿照自然界中的一些纹理,如树皮、碎石、皮革等,其不拘泥于一定的骨骼规律,显得自然、轻便。花纹防滑性能的研究主要是通过鞋底花纹的滑动摩擦力大
4、小来行判断,力学依据是滑动摩擦力的大小与接触面之间的法向载荷成正比。鞋底纹的止滑性随着摩擦次数的增加而越来越差。载荷显著地影响各种材料的磨粒磨耗,且磨耗度与法向载荷成正比。当压力达到转折值时,磨耗度随压力的增加变的平缓,这是由于磨粒磨耗形式转变的结果。 场地的地面状况分析主要集中在其表面形态,地面形态特征对于鞋底的运动功能及鞋底花纹设计有很大影响。任何大底花纹与地面接触表面都是由许多不同形状的微凸峰和凹谷组成。大底与场地接触面上粗糙峰顶的形状通常是椭圆体,由于椭圆体的接触尺寸远小于自身的曲率半径,可近似地视为球体。两平面接触可视为高低不平的球体相接触,并模拟理想状态的粗糙表面的接触来研究。场地
5、与运动鞋大底两个粗糙表面的接触实际上通常是一种混合的弹塑性系统,也就是较高的峰点产生塑性变形,而较低的峰点处于弹性变形状态。当压力很小时,二者表面接触属于弹性接触状态。随着载荷的增加,两表面法向变形量增大,而塑性变形的峰点数亦相应增多,弹性与塑性变形混合存在,且载荷越大,塑性变形占比例也随之越来越大。所以,方向变形量可以作为衡量表面塑性变形程度的指标。场地表面的特征,如其材料、表面强化硬度、微硬度和残余应力等对于大底花纹止滑、耐磨耗等性能有着重要影响。在场地与大底花纹不断摩擦损耗过程中,由于力和热的作用,接触表面将发生一系列的变化,这些变化对摩擦损耗性能有很大影响。场地与大底花纹的表面形态和微
6、观接触状态在摩擦中不断地变化。同时,摩擦表面的微观颗粒也将发生破裂、脱落和转移等,从而影响接触表面的形态,使得大底花纹止滑及磨耗性能受到一定的影响。因而,场地状况直接影响到大底花纹的功能特性,对于不同场地应该设计不同的大底花纹。 罗向东等在GT-7012-I3型止滑试验仪上,试验了纵条纹、横条纹、折线纹3种疏密不等的花纹的橡胶鞋底的止滑性,从鞋底花纹的形式和花纹的排列密度2个方面出发探索了鞋底花纹和止滑性能之间的关系:在粗糙路面如水泥、柏油路面上和干态大理石路面上,花纹中横向因素多的鞋底的止滑性较好,但在湿态的大理石路面上,试验情况出现异常,花纹中纵向因素多的鞋底的止滑性反而更好。罗向东更进一
7、步研究了鞋底花纹的设计与鞋底止滑性能的关系。他选择了几种典型花纹的橡胶鞋底,分别测试它们在3种路面上的止滑性,不仅发现鞋底花纹的形式和造型对止滑性有影响,也探测到花纹的深度和鞋底与路面的接触面积,对止滑性有较大的影响,但是深入的研究没有进行下去,且鞋底材料只局限于橡胶。杜少勋等研究阐述了地面状况与运动鞋大底花纹相互影响的功能关系,根据实验所测得的数据及相关理论,分析了不同因素如地面状况、大底花纹、法向载荷等对运动鞋大底止滑性能和耐磨耗性能的影响,并对各种影响因素进行实验,定性地测出摩擦系数和摩擦力,以图表的形式对实验测定的结果进行了归纳与对比,分析推断出了合理性结论。其中提出二方连续鞋底花纹是
8、横向的,当向前走时,在前后方向上产生很大的摩擦力,并且由于二方连续鞋底花纹较薄,当穿用时,受到压力,片状花纹极易倾倒,倾倒后的胶片增大了与地面接触面积,从而产生较好的抗滑移作用。如“”的波纹具有多向的防滑性。何香芹等在关于防滑鞋摩擦系数的初步测定及探讨中,推导了测定摩擦系数的公式=h/s,其中h为鞋子从斜坡上滑下的高度,s为鞋子滑动的距离。 1.2运动鞋的减震性能研究 人在运动的时候,在脚着地过程中,鞋底受到地面与人体给鞋底的一个冲量,这种冲击会产生震荡,有震荡引起的振动波会对人体造成一定的危害。因此鞋底应该具有减少振动波来保护人体的功能,鞋底吸收或降低振动波的能力称之为减震。虽然足部的骨骼、
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